为什么人类大脑这么神奇?「我们的脑袋为什么这么大科学家的研究告诉你原因」

#「闪光时刻」主题征文 二期#

‘’脑子是个好东西,希望你也有一个‘’。这句话经常被用于调侃智商欠费,日常生活中我们对大脑可能不是那么在意,不过大脑确实一直困扰着科学家们。

人脑为什么这么大,这个问题就很迷幻,脑袋越大越聪明吗?当然不是,比如说大象的大脑就比人脑大,但现在上天入地的为什么不是大象?显然它没有我们聪明。原因就是虽然大象的大脑皮层巨大(2.8 千克),但大脑皮层上只有56 亿个神经元。人类大脑皮层只有1.2 千克,其中的神经元却有160亿个之多。

不过相比大部分动物,灵长类动物拥有很大的脑容量,而人类则拥有灵长类中最大的脑容量。那么问题来了,我们的祖先经历了什么,能进化出这么大的脑容量?关于这个问题,研究人员说法不一,有人说是为了适应复杂的社会生活,有人说是为了信息的交流和合作,还有人食肉让大脑能够以肠道为代价进行演化。

让我们头大的基因

2018年,研究人员发现了使人类演化出如此不可思议大脑的基因家族——NOTCH2。这种基因其实早就被发现了,但之前对它的认知只是和某种神经元疾病相关,不过那只是短期影响。从长远来看,这导致了在整体上产生更多的神经元。该基因也是人类所特有的(即使人类近亲物种也没有),并且在大脑皮层干细胞中高度表达。

‍‌至于这种基因的运作,对我来说有些超纲,大致意思就是它参与大脑皮层细胞的生成,并且随着时间的推移,我们的脑袋会越来越大,大脑越来越强。当然这也与我们的饮食有关,营养丰富了我们才能产生转化所需的蛋白质。

环境和我们头大有什么关系

这种基因确实能使我们的大脑变大,但从新陈代谢的角度来说,脑组织是昂贵的东西。大脑占身体重量的4%,但却消耗了20%的能量。如果我们的大脑光靠基因的话,这个代价有些昂贵而且有点矛盾,我们生存下去一定要靠智力提升吗?那我们祖先定的这个大方向真有点超前了。而且科学家经过模拟发现如果按照20%能量供给大脑的话,其他器官的发育会受到威胁,我们很有可能会发育成畸形儿,就像动漫《进击的巨人》中的奇行种。

‍所以就有人认为一定有什么东西推动了更大、更昂贵的大脑的进化。出现了三个竞争者:社会挑战(包括合作和竞争)、生态挑战(寻找食物,躲避捕食者)和文化挑战(能够分享获得的知识和技能)。然后经过科学家们一通我们看不懂的操作,得出一个对我们目前大脑和身体比例的一个合理的解释:60%的生态挑战,30%的合作和10%的群体间竞争。不过这毕竟是一个模拟结果,仅供参考。

人脑如今已变成世界上独一无二的认知机器,且很可能在未来发生更大的变化。

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有些人的头为什么会大?

在精品推荐里有人答了:新的一项研究发现头比较大的人在智商测验中得到的分数往往都比较高。但是,此项研究的作者麦克尔A麦克丹尼尔教授强调说,这些研究结果只代表普遍的情况,小脑袋的人不能就自动认为自己比较傻。麦克丹尼尔说:例如,阿尔贝特爱因斯坦的头就“不是特别大”。他说:“一般来说,头的大小与智商的高低之间是有关系的,但也有很多例外。”对于头的大小与智商的关系的研究最初是从十九世纪三十年代开始的。那个时候德国解剖学家弗雷德里克泰德曼写道:毫无疑问,一个人头脑的大小与他所能拥有的精神能量大小之间有一定关系。之后,科学家们又进行了大量研究来证实泰德曼的主张是否真的正确。大多数的研究都是针对脑袋大小与智商高低之间的关联进行的。最近,研究人员还通过核磁共振成像扫描的方法研究了这一课题,并发表了研究结果。麦克丹尼尔分析了二十项有关此课题的研究结果,其中囊括了1530个研究样本。研究结果显示,一般来说,脑容量大的人会比较聪明。麦克丹尼尔还说这种现象在女人和成年人中比在男人和小孩中明显。在一次访谈中,麦克丹尼尔说他也不明白为什么在成年人和女人身上会比较明显。之前的研究显示,一般状况下,女人的大脑都比男人的小,可是在智商测验中的分数如果不比男人高的话,也和男人差不多。麦克丹尼尔坚持认为脑袋大智商就高的说法并不适用于所有人。“很多脑袋比较小的人都有很高的智商,”他说:“但是普遍来讲,脑袋大的人智商会比较高。(摘自CRIMultimediaEnglish) http://en.chinabroadcast.cn/2247/2005-6-24/127@250796.htm 参考资料: http://zhidao.baidu.com/question/78109.html

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脑袋大的人真的更聪明吗?

人们常说脑袋大聪明,爱因斯坦也因脑袋大而出名。可是,如果大脑尺寸决定了智慧与否,为何大象、鲸鱼没有比人更聪明?其实决定智慧的不仅是大脑中神经细胞胶质细胞的数量,还有脑中突触功能的水平差异。
  自从人类开始研究大脑以来,大脑如何与智慧挂钩就成了让科学家们最感兴趣的话题之一,其中显而易见的一个假定便是智慧程度直接决定于大脑的尺寸——大脑越大,脑细胞就越多,人不就越聪明吗?一些科学家们也以此来解释为何我们比近亲黑猩猩们要更聪明;然而持反对意见的科学家们却不在少数,他们的理由也看似无懈可击——倘若大脑越大动物就越聪明的话,为何大象没有展现出高于人类的智慧呢?随着对大脑了解的不断加深,我们终于找到了一种机制能够同时解释以上两种看似无法统一的现象。
  你聪明吗?脑细胞有话要说
  在介绍这种机制之前,先让我们来了解一下大脑的组成吧。众所周知,神经细胞(Neuron)是实现大脑功能的主要部分。当神经细胞发生病变后,人的大脑功能就会受损,甚至会引发帕金森症,阿尔兹海默症等疾病。人的大脑约有数十亿个神经细胞。它们就像是一颗正在发芽的种子一般,往一边伸出无数的“根系”(我们称这些根系为树突),而往另一边长出“树干”(我们称之为轴突),又在树干的顶端分叉出许多小“树枝”(我们把树枝末梢称为突触)。与自然界中的树不同,一个神经细胞的突触会与另一个神经细胞的树突相连(树梢与树根),借以传导信息。
  大脑尺寸会影响智商这个观点的核心就在于这些神经细胞。辛辛那提大学医学院的金·迪特里希教授(Kim Dietrich)发现当5、6岁的儿童接触到铅后(往往是带有铅涂料的玩具),神经细胞会受到损伤。相应地,当这些儿童成年后,大脑前叶的灰质(神经细胞富集区)体积会有明显的减小 [1]。这项研究虽不能证明大脑尺寸小就一定会减少神经细胞的数量(并因此影响人的认知能力),但至少告诉我们大脑尺寸偏小可能是神经细胞受损后的结果。
  然而神经细胞虽然重要,但却也只占了大脑的10%左右(顺便一提, 这也就是“我们只开发了大脑功能的1/10”这个谣言的由来。),剩余的大多由胶质细胞(Glia Cell)组成。要谈大脑尺寸对智慧的影响,恐怕避不开谈论这些胶质细胞的功能。长久以来人们以为这些细胞只是起了填充大脑的作用,但最近的许多研究都表明它们在传递信息的能力上虽不及神经细胞,却也有自己的一份贡献。加州大学伯克利分校的玛丽安·戴蒙德教授(Marian Diamond)在1985年对爱因斯坦大脑的分析指出这位科学巨匠的大脑中,胶质细胞的数量就多于常人 [2]。以现在的眼光看来,这项研究在对照组的选择上并非十全十美,却也让人意识到了胶质细胞在大脑中扮演的新角色。
  数量与质量,缺一不可
  尽管“脑袋越大,脑细胞就越多,大脑的功能就越强劲”这个观点看来是如此地简单直白,科学界仍然需要另一个理论来解释为什么有些拥有巨型大脑的动物并没有展现出高人一等的智慧。有些科学家比较极端,比如南非沃特威德斯兰德的动物科学系教授保尔·曼格(Paul Manger)就认为聪明与否与脑袋的尺寸无关,而与脑细胞的能否组成一张有效的信息传递网有关。在他的眼里,大脑和人类差不多尺寸的海豚由于脑部结构并不复杂,几乎“和一条金鱼一样蠢” [3]。海豚大脑的尺寸也被他归因于为了保持冷水中脑部的温度而增生出的胶质细胞。
  曼格的言论立刻引起了轩然大波。埃默里大学研究鲸豚大脑演化的洛丽·马里诺教授(Lori Marino)就指出数十年来对于海豚行为的研究表明海豚是具有相当智慧的动物,而曼格的观点无疑与这些事实相违背。她认为海豚与金鱼的大脑结构很类似,并不意味着两者的智力水平就一定接近。她推测说海豚作为哺乳动物,其脑部的功能区域与其他种类(比如说鱼类)有着很大的不同。简单地比较两者的结构相似程度恐怕并不能说明什么问题 [3]。
  2008年发表在《自然》杂志的子刊——《自然·神经科学》上的一篇论文则从分子生物学的层面上一统了这两种看似矛盾的观点。来自英格兰的两位科学家理查德·埃姆斯(Richard Emes)与塞斯·格兰特(Seth Grant)分离出小鼠突触处(即不同神经细胞相连的节点)可能起传递信息作用的651条基因,并在另外18种生物中寻找这些基因的身影。他们发现随着生物的复杂程度提升,这些基因的数量也有所提高。与人相比,小鼠、狗、猩猩等哺乳动物中的这些基因数量大约只减少了5%;斑马鱼、爪蟾等非哺乳类的脊椎动物其基因数量则只有人的大约90%;而果蝇,蜜蜂等非脊椎动物的这些基因更只有人的一半左右 [4]。
  对于这个结果,埃姆斯与格兰特认为这意味着参与高等生物突触活动蛋白质更多,因此单个突触传递信息的能力也就越强。如果再考虑不同大脑尺寸带来的突触绝对数量的差别,这就能解释为什么有时脑袋大的生物聪明,有时脑袋大的生物并不一定聪明了。打个形象的比方,大脑中的突触就好像是电脑中的处理器,尺寸则决定了处理器的数量。大脑越大,这些处理器也就越多。但这些处理器的性能却天差地别,如果说人类的处理器是当下最新产品的级别,那么那些鱼类、昆虫的处理器或许就只有10年或者20年前处理器的性能了。用这个理论,我们能很好地解释本文开头提到的两个现象——人类与黑猩猩的处理器性能差不多,但人类更大的大脑确保了我们有更多的智慧;大象的大脑虽然比人更大,但由于其中的处理器性能比较低,因此总体上看仍然无法比拟人类。
  结论:
  大脑袋有大智慧有着一定的道理,但却不是必然。如果不考虑脑中突触功能的水平差异的话,单纯比较脑袋的尺寸并没有意义。

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